طور باحثون طريقة جديدة لفصل الإلكترونات بناءً على اللولبية (chirality) الخاصة بها، وهي خاصية مرتبطة بدورانها المغزلي (spin)، دون الحاجة إلى مجالات مغناطيسية. ويستخدم هذا الاختراق، المفصل في منشور حديث في مجلة Nature، الهندسة الكمومية للنطاقات الطوبولوجية في مادة تسمى غاليوم البلاديوم (PdGa) لتصفية وتوجيه الإلكترونات ذات اللولبية المتعاكسة إلى مسارات منفصلة مكانيًا ومتميزة.
ووفقًا للدراسة، يتغلب هذا النهج الجديد على القيود المفروضة على الطرق السابقة التي اعتمدت على مجالات مغناطيسية قوية أو تطعيم مغناطيسي للتحكم في النقل الفرميوني اللولبي. ومن خلال استغلال الخصائص الكمومية المتأصلة للمادة، حقق الفريق فصلًا حقيقيًا للتيارات ذات اللولبية الفرميونية المتعاكسة ولاحظ تداخلها الكمومي.
صنع فريق البحث أجهزة من بلورة مفردة من غاليوم البلاديوم (PdGa) في شكل هندسي ثلاثي الأذرع. أظهرت هذه الأجهزة سرعات شاذة مستحثة بالهندسة الكمومية للفيرميونات اللولبية، مما أدى إلى تأثير هول غير خطي. تم فصل التيارات اللولبية المستعرضة الناتجة، والتي تمتلك سرعات شاذة متعاكسة، مكانيًا إلى الأذرع الخارجية للجهاز.
وقال [اسم الباحث الرئيسي في المشروع، أو بديل مثل "باحث رئيسي في المشروع"]: "[اقتباس حول أهمية البحث، على سبيل المثال، 'هذا يفتح إمكانيات لتطوير أجهزة إلكترونية أكثر كفاءة في استخدام الطاقة وأكثر إحكاما.']"
يؤدي فصل التيارات اللولبية أيضًا إلى فصل التمغنطات المدارية ذات الإشارات المتعاكسة، مما يضيف بعدًا آخر للتحكم في سلوك الإلكترون.
تستضيف المعادن شبه الفلزية الطوبولوجية، وهي فئة المواد التي ينتمي إليها غاليوم البلاديوم (PdGa)، فيرميونات ذات لولبية متعاكسة عند تقاطعات النطاقات الطوبولوجية. حظيت هذه المواد باهتمام كبير في فيزياء المادة المكثفة نظرًا لخصائصها الإلكترونية الفريدة. إن القدرة على معالجة الفرميونات اللولبية داخل هذه المواد يمكن أن تؤدي إلى تطورات في الأجهزة الإلكترونية والدورانية المغزلية (spintronic).
تشير نتائج الفريق إلى تطبيقات محتملة في تطوير أنواع جديدة من الأجهزة الإلكترونية التي تستغل الخصائص الفريدة للفيرميونات اللولبية. سيركز المزيد من البحث على تحسين تصميم الجهاز واستكشاف مواد أخرى ذات خصائص هندسية كمومية مماثلة. يعتقد الباحثون أن هذا العمل يمكن أن يمهد الطريق لأجهزة إلكترونية أكثر كفاءة وإحكاما تستخدم دوران الإلكترونات المغزلي بالإضافة إلى شحنتها.
Discussion
Join the conversation
Be the first to comment